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ADI电源创新技术强势助力工业、汽车、通信三大领域
录入时间:2018/11/7 17:54:58

2018年10月30日,ADI 公司在深圳四季酒店召开了《Power by Linear的 电源产品与技术媒体见面会》ADI 公司电源系统工程总监梁再信(Lorry Liang)先生围绕ADI创新电源技术在工业、汽车、通信、能源/能量收集等领域的应用与在场嘉宾进行了深入交流,分享了ADI电源产品的最新消息,并详细解答了媒体朋友的各种疑问。  

梁先生谈到:这一年发生很多变化,不管是5G还是汽车的应用,其实带来非常多的机会,这里面也有很多挑战,在我们身边的很多应用中,热门的5G、无人驾驶、汽车、消费电子、智能制造中,电源的身影无处不在。

去年3月ADI和LINEAR公司正式完成合并,从公司层面来说,两家公司的合并不仅缔造业内高性能一流模拟技术公司,更重要的是在电源产品线方面强强联合。ADI的风格还是作为创新的技术引领者。这是两个公司合并前思考的问题,也是公司的定位。从中国以至全世界来讲,我们都会发现一些技术的趋势和创新的趋势,在现在和未来的一些发展方向。比如说比较热门的自动驾驶、汽车相关的电子技术:汽车产业正进入一个变革的时代,从传统的油车、混动到纯电动汽车过渡。比如说,下一代的通信技术5G马上来临, 2019年在国内5G正式预商用。还有工业4.0、浸入式的用户体验设备等。这些领域给我们带来很多挑战和机会,也是我们重点关注的。

    回顾一下2017年3月,LTC和ADI正式合并,两个公司80%的市场都在工业、通信和汽车。合并时,ADI有2万个器件,LTC有2.3万个器件,合并后总共有4.3万个器件,其中电源超过1万个器件。因为Linear的电源产品足够强大和优秀,我们保留了一些Linear的元素,新的子品牌叫Power by Linear。在超过1万个的电源器件中,绝大部分是LTC延续过来的,原来ADI的电源占比10%左右。从ADI的战略布局来讲,因为收购了LTC,电源部分得到极大的补充和加强,让ADI的电源跃居全球第二,这是我们为了应对未来市场竞争、提升自己的实力做的比较重要的收购和整合。

    Power by Linear基本围绕三个方向思考设计产品。一是怎么样减少芯片的尺寸和体积,现在产品的空间越来越紧、密度越来越高,怎么样在比较小尺寸的器件中提供很好的性能?这是我们一直在考虑的。二是效率,这也很重要,绿色能源,现在手机充电可以做到20几W,现在还有40W的快充,就是为了效率。如果效率不够,发热也会很严重。三是EMI也很重要。这几年的研发设计越来越重视EMI,过去并不是非常重视。EMI会带来很多意想不到的问题,比如系统稳定性、可靠性,比如对其它器件的干扰以及其它器件对自身的干扰等。中国要提升战略布局,要提升工业制造能力,工业4.0的背景下的产业提升,如果EMI做得不好就是空话。想象一下自动化工业机器人死机了,这是很可怕的事。

如果把我们1万种左右的器件进行分类,大约有18个大的产品系列。按行业领域来说,这些产品系列主要可推动和支持比较热门的新兴、创新机会的应用,比如工业4.0、自动驾驶、汽车电子、通信、能源等比较新兴领域的应用机会。

工业4.0

工业4.0对中国非常重要,也是智能制造的重要组成部分。制造能力的提升决定一个国家的发展速度。工业4.0里有非常多的考虑因素,不仅仅系统要足够灵活、有效率、互联互通,安全性、可靠性都非常重要。所有的工业应用场合一定离不开电源,电源是基础,如果电源都不稳定这个系统是很难稳定工作的。

Power by Linear产品的三个核心要素,高效率、小尺寸、EMI做得非常好,可以助力工业4.0的发展。我们也在考虑怎么样在中国本土支持国内科技产业的发展。

数据显示,半导体相关的设备投入中,中国2018、2019年的同比增长幅度都是非常大的,可以看出中国政府对于国内半导体产业的支持力度是非常大的。从全球来看,规模增长最大的是中国,韩国有点微跌,台湾持平,美国也是持平。

    在中国这是很大的机会,从工业和制造来讲,半导体是基础产业。ADI产品可以全方位支持中国的产业发展,不仅仅是传统的ADI信号链等器件,更多的是,在所有的半导体生产、测试、封装的过程中都有很多设备需要用到电源,各种各样的电源都需要用到。在这些设备中空间都非常紧凑,所以我们的电源模块有非常多的机会。我们的Power Module经过十年发展,已经有非常完整的产品序列,对半导体设备制造商都可以有很好的技术和产品支持,协助他们完成非常挑战的设计,用小体积、高效率的产品、在很小的空间里支持更多的器件。

我们创新性的Silent Switcher,要解决的问题是EMI和干扰的问题。我们在芯片的设计上有比较创新的突破,普通的电源是单个电流回路,我们Silent Switcher芯片上是两个反向电流环,芯片自己的EMI水平就可以做得非常低,甚至不用特别优化就可以满足标准。Silent Switcher经过不断的迭代、优化、升级,一直保持遥遥领先的状态。为了简化设计,我们做了一些测试和对比,比如说LT8609S。过去要解决EMI的问题,大部分的供应商会告诉你,用四层板、六层板加屏蔽、隔离等等,但ADI的Silent Switcher用两层板做一个标准设计就可以满足EMI的标准,而且还有一些余量。当然用四层板更好,只是两层板已经可以满足工业级EMI标准。

我们还有一些不同的创新,也是从简化设计和应用出发的。如工业线上会用到很小的隔离电源,这是传统隔离电源的图,这么复杂的电路是否可以简化一下?基于这样的思考,我们推出一系列隔离电源产品,把过去传统的隔离电源产品极度简化。新的图非常简单,就一个变压器,输出就是二极管和滤波电容,不需要其他的反馈,同样可以把效率做得很高,输出稳定性做得非常好。这是不同细节上的创新,怎么把别人能做到的事情做得效率更高、可靠性更好。我们也有一系列的包含变压器的高集成度隔离电源模块,可以给我们的工业客户直接使用。

 

自动驾驶

自动驾驶安全非常重要。ADI在安全气囊领域有超过25年的历史,是自动化和自动驾驶领域的安全专家。最近几年最突飞猛进的就是自动驾驶,自动驾驶会用到非常多的激光雷达和微波雷达,还有车身测量系统,这些都非常重要,惯导和陀螺仪都会用到比较多。我们Power by Linear产品在汽车领域都有非常多的应用方向,Lidar、Radar、IMU、ECU、48伏系统、LED等热门领域都有比较深度的应用,而且可以贡献出我们独特的价值。2016年,我们发布了业界最低噪声的LT3045,噪声比传统锂电池的噪声还少。测试数据显示,锂电池有2.7μV的噪声,我们的LT3045在同样电流下只有0.8μV,1M以下PSRR值都在78个dB以上。我们电源产品有非常低的噪声和非常高的PSRR值,给Lidar、Radar供电的时候可以显著提升性能,使得整个系统的噪声是很小的,让整车和乘客更安全。

    工业领域我们用了Silent Switcher,汽车上也是一样。我们把Silent Switcher展现在汽车业界的Tier 1和车厂面前的时候,大家都很认可,因为这可能是未来汽车领域里电源上不得不考虑的方向:极大降低EMI——不仅降低对外的辐射干扰,同时别人对我的干扰尽可能降到最低,让我的车身系统更稳定。今天汽车的发展,车身上的电子部件越来越多,有时大家可能会发现你的车开着开着就黑屏了,就要考虑下是否EMI干扰问题。

除了Silent Switcher,我们也在考虑一些不同的东西,比如说PoDL, 即Power Over Data Line。在未来汽车里面,以太网是一个热点。通过类似ADI创新型方案A2B、C2B一样,PoDL即通过数据线供电,可以节省非常多的电缆施工和重量,提高可靠性,降低施工的难度,节省整车成本。

还有一些其他的创新想法,比如将汽车的LED大灯用于安全用途。LED这几年发展得不错,越来越平民化。我们考虑的问题是,如何利用LED把汽车的安全性做得更好? 比如奥迪A8矩阵大灯,由非常多的LED单元构成,两车会车时可以利用车身摄像头判断对车位置,系统自动关闭来车那侧的一部分灯,让会车更安全。未来,我相信像奥迪矩阵大灯会成为中高端车的标配,以后再不需要贴“请关掉你的大灯”这种贴纸。这就是Power by Linear一直在想的:把产品做好的同时能否在器件的人性化、安全性上,帮业界做得更好。

汽车电子

除了车身上的应用,最近发展的汽车电子,包括电源管理、动力总成和娱乐信息等,也是非常重要的。我们有一系列的产品在汽车能源的优化上表现优越。

电动汽车中的电池管理系统BMS做得好,有助于汽车安全驾驶更长距离。早几年,Power by Linear的BMS产品比如LTC680X系列在国内非常流行的,一度占80%以上的市场份额。除了做BMS管理,我们还有一系列的电源管理是配合BMS做的,比如说主动均衡、系统监控等应用。

    还有一种比较特殊的应用,传统的燃油车和纯电动汽车之间,还存在中间的形态混合动力汽车,大部分的混动汽车都会同时有48伏和12伏系统。如何解决大功率48伏系统和12伏系统之间的平衡和转换?因为48伏系统需要的瞬间功率高达十几千瓦,对业界而言,安全性和可靠性是很大的挑战。我们Power by Linear针对48V/12V系统有专门的应用方案:双向两相同步降压或升压型控制器LTC3871,当起动汽车或需要额外功率时,LTC3871允许两个电池同时为同一个负载供能,最高可实现97%的效率。48伏发电时,可以降压给12伏系统充电;如果有需要,12V还可给48V补电。除了LTC3871,我们同样有一系列产品可以支持这样48V/12V的转换。

除了48伏系统,传统燃油汽车的发动机也是很大得机会。中国每年卖2000多万台汽车,意味着每年有2000多万个新增发动机,把发电变成直流电给蓄电池供电。过去会用到的传统二极管当整流桥,但传统二极管是有压差的,电流越大压差反而不是很好,大概可以有0.4伏到0.7伏的差,这是很大的功率损耗。所以我们做了一个产品,叫理想二极管桥堆,用MOS管代替二极管。这样做了有什么好处呢?一个是MOS管的阻抗比较低,可以提高效率,比较少的功率损耗,桥堆不需要散热器,非常高的可靠性和可靠的效率,这也是为了让汽车能进一步节省能源、提升运营效率。

我们还有汽车保护的器件。从系统的安全性和可靠性来讲,因为汽车的电瓶和整个系统越来越复杂,系统难免在启动时会有一些瞬间的高压出现,这种高压对系统是非常大的挑战,因为过去的汽车电子大部分是在12伏系统下工作的,在恶劣的条件下,有可能瞬间到70伏,可能把组件打坏。过去在汽车领域最常见做法是加PVS管,但是3000瓦、6000瓦的PVS管体积比较大,比较难固定,稳定性和可靠性怎么实现?我们考虑Surge  Stopper,把瞬间脉冲的干扰电源尖的部分全部消掉,在我们设定的标准范围之内。所以在汽车领域,让系统更安全,当电压超过设定值的时候,整个系统能够把所有高压的部分全部消掉,留给后面的就是可控的电源工艺,这样车身系统就能避免因为意外的干扰损坏汽车上的组件,因为这和人的生命安全是息息相关的,这也是我们在汽车安全上所做的创新和开发。

通信

通信系统非常重要。在发布5G预商用的信息出来之前,很多人都觉得5G对普通老百姓的意义可能就是上网速度快一些。但对华为、思科、爱立信、中兴等而言,5G都面临非常大的挑战:设备越来越小,带宽越来越宽,功率越来越高。怎么解决这些问题?中国有上百万个基站,如果把能源密度做高,省的电是非常可观的。而通信的未来肯定需要很好的效率和很好的可靠性,设想如果出现异常,一个大区的通信中断会对人的影响有多大。

通信里我们分为三个纬度,无线、有线、光通信,三大部分构成今天通信的基础。

无线方面大家首先想到的是基站,移动、联通、电信都做自己的基站。现在模块要求要变小、集成,供电和散热的问题就很重要。新一代的基站设计上,我们提供了很多很好的设计方案,比如POE,通过传输数据的网线给电源供电。设计要考虑板上需要哪些不同的模块,相关的模块怎么做集成化,做到体积很小、散热很好等。

刚才谈到模块,模块对我们来讲非常非常重要,因为体积的问题、散热的问题、效率的问题、可靠性的问题以及帮助客户缩短产品上市时间的问题,都让这个事情变得举足轻重。

    如果说一个通信的板卡需要非常高的功率密度,怎么做?以FPGA的0.8V内核电压、100A的输出电流为例,2010年我们需要12片LTM4601才可以做到100安培,2012年推出LTM4620,4片就可以达到100安培,LTM4630的时候需要3片,LTM4650的时候2片就可以。最近,我们发布了LTM4700,拇指大小,大概跟铅笔的厚度一样,1片就能做到100安培——这是非常了不起的成就。掌声献给模块设计经理Richard,他的团队在电源模块上花了非常多的时间,推动事情往前发展。电源模块的设计在通信上为什么受到非常多的关注?就是因为它帮助通信公司极大解决了散热、尺寸、体积和运营效率的问题。

基站使用PoE供电,能节省非常多的成本。拉线的成本还是很高的,包括运营成本、铺线成本等。我们的PoE供电从at、af、bt到LTPoE++,功率从13W直到90W。我们最新的POE可以支持150W,也就是说普通的小基站,基本上一根网线过去数据和电源都搞定。POE供电加上模块设计,可以让基站电源的设计更简化。

有线方面,我们也有很多好的产品可以支持,包括POE、Silent Switcher等。有线与无线不同,需要热插拔、非常高的转换效率,也需要一些PSM,就是做电源管理的应用。通信上,局端的设备温度同样非常高。效率非常非常重要。所以,我们的产品同样能得到很好的应用,以帮助局端的设备提高应用效率。

另一个挑战,传统的电源,很大的电路,效率很难提高,大概93%、94%,再往上做很难了。通信背板上,48V往下转时,往往面临很多挑战,板上需要更低电压的时候转换效率不高。如果把48伏先转为24伏,下边再做二级的转换,这对系统很有帮助。如何提高效率?我们做了大胆的尝试。对于几百瓦功率电源变化来说,频率不会很高,电感损耗就很大。LTC7820是一款固定比例高电压高功率开关电容器,用CFLY(飞电容) 取代过去损耗比较大的电感,2.8×2.8厘米6毫米厚的模块,从48V到24V,可以推约500W功率,效率在99%左右。这个器件的出现,是业界的一个创新:如何把传统我们认为效率很难做到很高的电路,通过非常高效的电路,把48伏转成24伏,剩下的板级系统再往下转,设计更简化、更容易,系统稳定性更好。

    PSM以前也讲过,就是如何通过电源系统管理可以对整个板级系统的健康状况做非常有效的管理和监控,甚至有总线可以读出工作状态,系统死机时EEPROM“黑匣子”可以把死机之前的状态回读,辅助分析系统稳定性问题,也可以控制系统电源的电压及工作状态。

    光通信方面,全球的光模块市场,每年增长的数据还是很可观的,如果看中国,这个数据比全球市场增长速度还要来得快,说明在中国的基础建设中光模块、光通信还有很多年的时间可以去推动,特别5G上线的话,未来还有很长的路要走,会推动光模块的发展。

    光模块对我们最大的挑战是体积,后面两幅图给大家做参考和分享。不同的年代,光相关器件的体积、尺寸是不同的,从13年的大家伙,到去年已经变得很小了。怎么在这么小的体积里放下必不可少的电源?我们做了很多不同的设计。LTM4622和LTM4624非常小体积、非常薄,6.25mm×6.25mm×1.8mm的电源模块,过去在光通信领域有广泛的应用。当然,我们还在设计比6.25mm还要小的小封装电源模块,助推中国光通信的发展。

    虽然在很多应用场合,系统越来越小,体积小很重要,但有的应用,做薄也很重要。就像以前我在媒体见面会上说的,电源模块会有三个方向:一是大功率,就刚刚说的100安的输出电流,我们已在研发下一代;二是小体积,比如我们已在研发4mm×4mm产品;三是做薄,比如1.8mm产品。现在客户希望我们能不能做1.5mm甚至更薄。做薄是有难度的,因为它集成了MOS管、电感等都在里边,是个完善的模块。当然,我们会继续朝着这个方向努力、迎接这个挑战。

能源

关于能源。能源对我们非常重要。中国的国家电网是值得大家骄傲的,水平在全世界是首屈一指,特高压的输电等所有的系统我们都做得最好。几年前湖北冰灾,电网受损,很多城市都断电,那是当时我们没有很好的监控监测系统。国家电网后面几年发展非常快,有很多的课题研究如何把中国国家电网传输线的安全和监控数据实时汇集上来,所以才有了一堆各种各样的电力监控系统,FCI是其中一种,在每个高压线上挂一个这样的设备——这里面有很多ADI的东西,从信号链、IC到其他的东西都有。那么,这设备挂高压电塔上怎么取电?不可能从高压电塔上取电。所以,我们会有类似这种高效率且带优化功能的太阳能电池板来取电,实现无人值守和维护的高效运营。

我们也在考虑一些新的创新,比如如何从空间吸收和拿到一些能量。空间能量有很多种,最常见的就是太阳能,但太阳能面板体积比较大。还有一些能量如温差、振动,虽然看起来是很微弱、很弱小的能量,但能不能为我们所用是我们考虑的问题。

    一是振动发电。我们有个换能器电源转换芯片LTC3588,配合小体积的换能器可以在0.25G的振动加速度和40赫兹的频率上产生200多微安的电流。这电流看起来很小,如果乘3.3伏,大概功率也就是600微瓦,好像不能用来做什么。但如果有一个电机的监控设备,如果用这个换能器和转换电路可以稳定地给我们的监控电路提供3.3伏、大概0.2毫安的电流,这对于很多微弱电流的监控系统来讲,这个电流已基本足够用,可以实现设备的终身免维护和无人值守。因为不是所有的应用场合都是可以人上去的,比如说水力发电机的转子能说为检修把发电机停掉?这是不可能的。

    二是温差发电。我们有一个测试数据,一个3厘米×3厘米TEG连上LTC3108,可以产生3.3伏电压,在10度温差时大概有60微安的电流,200微瓦的功率,30度温差差不多有400微安的电流。设想一个可穿戴设备,环境温度25度身体温度35度,10度温差产生的200微瓦可以使电子器件持续工作下去,就不用充电了。这还不够。我们还在考虑如何改进温差发电转化技术,已有的能量采集IC能实现把20毫伏的微弱电压升到3.3伏,这已经是非常大的挑战了,但我们在考虑换能器能不能再突破一下。目前我们美国团队在思考如何把换能器功率提高,从200微瓦提高到400微瓦,体积只有目前的1/10。如果这样的器件和换能器实现、发布以后,可以想像ADI将获得全球可穿戴设备市场很大的份额。

ADI中国生意在全球中占比逐年上升,我们需要对市场提供更多的支持,为了配合国内工程师使用Power by Linear产品,我们提供了很多免费的工具。LTPowerCAD,可以做整个电路的规划以及做运算;生成的数据可以导入LTspice仿真工具做进一步的仿真;通信设备上需要电源管理做PSM,做系统的板级电源管理,我们有开发工具LTpowerPlay;传统ADI的电源产品也有一个仿真工具叫ADIsimPE。这4个软件都可以在ADI官网免费下载使用。

 

总结来说,Power by Linear有3点想传递:一个是我们追求创新,实现很高的性能、合理的价格,让客户用得起,愿意跟着我们往前走、用最新的技术和设计。第二,我们尽可能在全世界范围内提供卓越的技术支持,让我们的客户用我们电源产品的时候能够简单易用,能获得相应的支持。第三,我们有全球最好的品质和可靠性,这是业内多年公认和经过验证的。

虽然LINEAR被收购变成ADI的一份子,但我们ADI的Logo上,电源产品上还有LINEAR的形象存在。Power by Linear会伴随着大家一起往前走。我们也希望在中国的电源产品、科技发展创新上能有更多的推动力。

  会后,各家媒体针对自己感兴趣的问题积极提问,现场气氛热烈,梁再信先生和ADI公司技术专家进行了详细耐心的解答,最后大家合影留念。


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